Im Jahr 1716 wurde die Ausstattung der Stiftskirche in Angriff genommen, die in künstlerischer Gestaltung und inhaltlichem Programm eine beeindruckende Einheit bildet. Ein harmonisches Farbkonzept aus Ocker-, Braun- und Rottönen verbindet die plastischen Teile der Ausstattung die stuckierten Wände, Altäre und die Kanzel, etc. mit den Fresken der Deckenzone. Der berühmte österreichische Maler Johann Michael Rottmayr übernahm die Ausmalung des Gewölbes mit der Verherrlichung des hl. Benedikt im Langhaus und einer Himmelsvision in der Kuppel, in der die Malerei die gebaute Architektur fortsetzt: die hl. Dreifaltigkeit erscheint in der Person Gottvaters und Christi - umgeben von zahlreichen Heiligen und Engeln und der Taube de Heiligen Geistes, die vom höchsten Punkt, der Laterne, herab zu schweben scheint. Der kaiserliche Theateringenieur Antonio Beduzzi entwarf die Hauptaltäre, das Westportal und die reich dekorierten Oratorien, das sind balkonartige Erweiterungen des Kirchenschiffs, die Honoratioren den vom anderen Kirchenvolk getrennten Besuch der hl. Messe erlaubten. Lorenzo Mattielli lieferte Modelle zu Skulpturen, der Theaterarchitekt Antonio Galli-Bibiena konzipierte die Kanzel. In Summe entstand ein lebendig inszenierter Raum, in dem die Grenzen zwischen greifbarer Realität und Imagination verschwimmen.
1731 stattete Paul Troger den Marmorsaal im Südflügel mit einem Deckenfresko aus, das inhaltlich Bezug zu Kaiser Karl VI. nimmt, dem im Prälatentrakt prunkvoll ausgestattete Räumlichkeiten für einen etwaigen Besuch zur Verfügung standen. Der Kampf gegen die Macht des Bösen und die Förderung von Kunst und Wissenschaften sind als Tugenden des maßvoll regierenden Herrschers symbolhaft dargestellt. In der gegenüberliegenden Bibliothek bilden Trogers Personifikationen der Tugenden, der Wissenschaft und der Künste das geistliche Gegenstück zu den weltlichen Genüssen des Fest- und Speisesaals. Die Prälatur, die 1739 ebenfalls von Troger mit der Glorie des hl. Benedikt ausgemalt wurde, beherbergt eine Reihe wertvoller Objekte der Melker Schatzkunst.